Способ усталостных испытаний композитных материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам уг.тэлостных испытаний композиционных материалов.

Цель изобретения - повышение достоверности определения кривой поврежденное™ путем уточнения ее нормировки.

На фиг. 1 показан закон изменения на-, пряжения при мягком режиме; на фиг. 2 - закон изменения относительной жесткости; на фиг. 3 - соответствующий жесткий режим нагружения.

Устройство для реализации способа представляет собой стандартную испытательную машину с нагружателем циклической нагрузкой в мягком и жестком режимах, снабжения счетчиком числа циклов и средствами регистрации диаграммы растяжения для определения текущей жесткости образца. Такие испытательные машины широко известны и используются для усталостных испытаний (см. Л.М. Школьник. Методика усталостных испытаний, М.. Металлургия, 1978, см. 160-210).

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно для исследуемого материала определяются известным методом характеристики усталостной кривой. Эти характеристики могут быть взяты из справочной литературы, либо проводятся предварительные испытания и строится зависимость напряжения -долговечность, Нагружается образец в мягком режиме и

определяется зависимость f (n), где

to

n - число циклов; АЕ -величина снижения модуля упругости; Е0 - начальное значение модуля упругости (соответствующее неповрежденному материалу). Поскольку предельное значение поврежденности v равно 1, указанную зависимость подвергают тарировке

ел

С

00

О Ю

ю

о

v -

AL

ЕО

(D

где К

предельное значение уменьшения модуля упругости.

По долго веч н остям образца в жестком режиме Мж и в мягком режиме NM можно определить предельное знэче ние АЕПр/Е0, т.е. можно определить т&рировочный коэффициент. Например, в случае линейного накопления повреждений по закону Пальмгрена-Майнера, указанную величину с достаточной степенью точности можно определить по формуле

где m - показатель степени в аппроксимации усталостной кривой

N

(3)

Сущность заявленного способа состоит в следующем.

В достаточно общем случае закон суммирования повреждений представим в виде

-v-g

1

dn ,

где а- константа.

пользуемс разложением в ряд Миклорена с удержанием квадратичных по К членов. В этом случае

Ыж NM

km 2

10

откуда следует формула (2).

Пример. Рассмотрим ортогонально армированный эпоксидный, циклически на

груженный на частоте 10 Гц при максимальном напряжении цикла 0,5 от предельного статического напряжения.

Максимальное относительное измене15 ние модуля упругости при измерении его в соответствии с прототипом составляет величину порядка 18%. Измерить эту величину достаточно точно непосредственно затруднено, поскольку кривая изменения

20 жесткости на последнем этапе нагружения изменяется достаточно резко, поэтому указанная величина является заниженной. Аппроксимация усталостной кривой позволяет найти показатель m 12,6 в данном диапа25 зоне напряжений. При указанном уровне напряжений 100 тыс. циклов, а Ыж- 270 тыс. циклов., Тогда уточненное значение:

30

-(2,7- 1)«0.27.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а именно к способам устэлостных испытаний композиционных материалов. Цель изобретения - повышение достоверности путем уточнения нормировки кривой поврежденное™. Два образца циклически нагружают при одинаковом начальном уровне напряжений, один - в мягком, а другой - в жестком режимах. По соотношению долговечностей образцов судят о предельном снижении модуля упругости материала. В качестве характеристики поврежденное™ определяют отношение снижения величины модуля упругости к предельному значению. 3 ил.

ДЕ

о о0 (1 ) (1 -kv),(5)

то с учетом условий (1-3) и (5), из уравнения (4) получим уравнение вида

1 -а

,- а

dv v-4r(1 И-) -Ј-Ooncln

а

-Ј-dn.

NM

(6)

Проинтегрировав уравнение (6), получим равенство вида

± v±-«-(kr NM a J0 а

)

В случае линейного суммирования повреждений 1. получим

N 1M ft -

N7 ) 11 n kj J

Поскольку в известных композиционных материалах падение модуля упругости происходит на 15-25%, величина k « 1, восТаким образом, уточненное значение предельной характеристики поврежденно- 35 сти, на которую необходимо ее отнормиро- вать, равно 27%.

0

5

0

5

Формула изобретения Способ усталостных испытаний композиционных материалов, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают в мягком режиме и определяют ха- рэктеристи(су поврежденности материала по снижению его модуля упругости, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности путем уточнения нормировки кривой поврежденности, дополнительный образец, аналогичный основному, циклически нагружают в жестком режиме при начальном уровне напряжений, равном уровню напряжений основного образца в мягком режиме, и определяют предельное снижение модуля упругости материала с учетом соотношения долговечностей образцов при мягком и соответствующем жестком режимах, а п качестве характеристики поврежденности определяют отношение величины снижения модуля упругости к ее предельному значению.

Ф«г.г